一种铪掺杂二氧化锆铁电薄膜的制备方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种铪掺杂二氧化锆铁电薄膜的制备方法及应用。首先以无机锆盐、无机铪盐为前驱体配制澄清透明的全无机铪掺杂二氧化锆(ZrHfO2)前驱体溶液；然后根据ZrHfO2薄膜的厚度要求，可多次将前驱体溶液涂覆在经过标准RCA清洗工艺清洗后的基片表面并经干燥、预热处理、快速退火晶化得到正交相Pca21空间群晶体结构的ZrHfO2铁电薄膜。本发明专利技术的特点在于：薄膜厚度精确可控、致密性好、成膜均匀性好、表面粗糙度小、晶粒尺寸小；成本低廉，设备和操作环境要求简单，掺杂元素含量灵活可控，生产工艺简单，工艺重复性好、易于实现工业化生产。

Preparation and application of hafnium doped two zirconia ferroelectric thin film

The invention provides a preparation method and application of hafnium doped two zirconia ferroelectric thin film. A clear and transparent all-inorganic hafnium-doped zirconium dioxide (ZrHfO2) precursor solution was prepared by using inorganic zirconium salt and hafnium salt as precursors, and then, according to the thickness requirements of ZrHfO2 film, the precursor solution could be coated on the substrate surface cleaned by standard RCA cleaning process for many times and then dried, pre-heat-treated, and annealed rapidly. The ZrHfO2 ferroelectric thin films with crystal structure of orthonormal Pca21 space group are obtained. The invention has the advantages of precise and controllable film thickness, good compactness, good film forming uniformity, small surface roughness and small grain size, low cost, simple equipment and operation environment, flexible and controllable doping element content, simple production process, good process repeatability and easy realization of industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种铪掺杂二氧化锆铁电薄膜的制备方法及应用
本专利技术属于微电子器件领域，具体涉及一种采用全无机前驱体溶液制备铪掺杂二氧化锆铁电薄膜的方法及应用。
技术介绍
铁电存储器具有非挥发性、低功耗、高存储密度、高读写速度、强抗辐射等优点，在电子信息和国防领域具有非常广阔的应用前景，前人大部分的研究集中在钙钛矿结构基的材料系统。传统的钙钛矿结构铁电材料因与金属氧化物半导体(CMOS)集成工艺技术兼容性差和难以实现三维纳米结构制备等缺点严重制约了铁电存储器等集成铁电器件的发展，急需发展新的替代材料。以ZrO2为代表的二元氧化物高介电常数(高-k)薄膜材料自上世纪90年代起成为研究热点，并于近年来在微电子工业中广泛取代SiO2作为晶体管栅介质和动态随机存储器(DRAM)电容器介质。近年来，ZrO2基薄膜铁电性质的发现为超大集成密度铁电器件的研究和应用带来了新的发展契机，预期将带来铁电存储器研究的新突破。目前制备ZrO2基薄膜的方法多种多样，主要包括磁控溅射法、化学气相沉积法、原子层沉积法和溶胶-凝胶法等。由于溶胶-凝胶法制备薄膜具有设备简单、实验成本低廉和化学组分控制容易等优点而备受人们青睐。然而本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铪掺杂二氧化锆铁电薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)制备前驱体溶液：以无机锆盐和无机铪盐为原料，其中铪的掺杂浓度为1‑50mol％，将原料和去离子水的混合溶液A室温搅拌，然后向上述溶液A中加入碱性沉淀剂，生成白色沉淀，控制pH值在7.0‑9.0之内，随后用去离子水离心清洗沉淀，得到沉淀B，向上述沉淀B中加入酸，得到混合液C，将混合液C持续搅拌，即得到澄清透明的铪掺杂氧化锆(ZrHfO2)前驱体溶液，控制澄清溶胶的pH值小于1.0；2)基片清洗和表面处理：采用标准的RCA清洗工艺清洗基片，随后将干燥的基片进行表面预处理，以增加基片表面与前驱体溶液的润湿性；3)涂覆和干燥处理：...

【技术特征摘要】
1.一种铪掺杂二氧化锆铁电薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)制备前驱体溶液：以无机锆盐和无机铪盐为原料，其中铪的掺杂浓度为1-50mol％，将原料和去离子水的混合溶液A室温搅拌，然后向上述溶液A中加入碱性沉淀剂，生成白色沉淀，控制pH值在7.0-9.0之内，随后用去离子水离心清洗沉淀，得到沉淀B，向上述沉淀B中加入酸，得到混合液C，将混合液C持续搅拌，即得到澄清透明的铪掺杂氧化锆(ZrHfO2)前驱体溶液，控制澄清溶胶的pH值小于1.0；2)基片清洗和表面处理：采用标准的RCA清洗工艺清洗基片，随后将干燥的基片进行表面预处理，以增加基片表面与前驱体溶液的润湿性；3)涂覆和干燥处理：将上述步骤1)中得到的前驱体溶液涂覆在步骤2)后的基片上，在基片表面沉积一层薄膜后，将基片置于120-170℃热板上加热1-3min，重复上述步骤，直至获得所需膜厚；4)薄膜热处理：将上述3)得到的薄膜进行预热处理，以0.5-3℃/min的升温速度加热到380-420℃，随后，将预热处理过的薄膜在净化气体的保护下进行快速退火处理得到晶态的铪掺杂二氧化锆铁电薄膜。2.根据权利要求1所述的一种铪掺杂二氧化锆铁电薄膜的制备方法，其特征在于，上述步骤1)中所述的无机锆盐为ZrOCl2·8H2O、Zr(NO3)4·xH2O、ZrO(NO3)2·xH2O、ZrCl4、Zr(SO4)2中的一种；无机铪盐为HfOCl2·8H2O、Hf(NO3)4·xH2O、HfO(NO3)2·xH2O、HfCl4、Hf(SO4)2水性无机盐中的一种；碱性沉淀剂为NH3·H2O、NaOH、KOH、尿素、碳酸氢铵中的一种；酸为一元酸HX，HX为HNO3、HCOOH中的一种，且X/Zr的摩尔比为1.2-1.5。3.根据权利要求1或2所述的一种铪掺杂二氧化锆铁电薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中酸混合过氧化氢加入沉淀中，过氧化氢作为助溶剂，有利于加速沉淀溶解。4.根据权利要求1或2...

【专利技术属性】
技术研发人员：周大雨，王静静，董伟，王雪霞，马晓倩，姚一凡，李帅东，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21